CN103493212B - 借助于两个光电二极管确定主导光源的类型的单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单元（1），所述单元用于在入射到所述单元（1）上的由多个不同类型的光源产生的电磁辐射（2）中确定主导光源的类型。所述单元具有至少一个第一光电二极管（10），所述第一光电二极管构成为用于探测在可见光的光谱范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号（11）。所述单元具有至少一个第二光电二极管（20），所述第二光电二极管构成为用于探测在红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号（21）。所述单元具有至少一个计算单元（30），所述计算单元构成为用于从所述第一输出信号（11）和所述第二输出信号（21）中导出比例的结果（23）和频率结果（13）。所述频率结果（13）说明关于存在或者不存在包含在所述电磁辐射中的在预设的频率范围中的信号分量的信息。所述单元具有至少一个评估单元（40），所述评估单元构成为用于从所述比例的结果（23）和所述频率结果（13）中导出所述主导光源的所述类型。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于从多个不同类型的光源中确定主导光源的类型的传感器。此外提出一种测量方法。
背景技术
从现有技术中已知执行完整的光谱分析的传感器，特别是颜色传感器。
在此有问题的是，这些传感器是耗费的进而在制造时是昂贵的。
发明内容
这个问题通过一种传感器和一种用于制造传感器的测量方法来实现。
传感器的改进方案和有利的设计方案在下面的描述中说明。
用于在入射到单元上的电磁辐射中确定主导光源的类型的单元具有不同的实施形式。电磁辐射由多个不同类型的光源产生。所述单元具有至少一个第一光电二极管，所述第一光电二极管构成为用于检测在可见光的光谱范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号。所述单元具有至少一个第二光电二极管，所述第二光电二极管构成为用于检测在红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号。所述单元具有至少一个计算单元，所述计算单元构成为用于从第一和第二输出信号中导出比例的结果和频率结果。频率结果说明关于存在或者不存在包含在电磁辐射中的在预设的频率范围中的信号分量的信息。所述单元具有评估单元，所述评估单元构成为用于从比例的结果和频率结果中导出主导光源的类型。
对于光谱重构和在摄影时的最佳曝光而言，对主导光源的类型的认知是非常有帮助的，以便正确地复现色彩印象。因此例如能够省去在相机中对红外光的滤波。根据主导光源来校正显示器和投影仪的色彩显示。
这两个光电二极管基于硅二极管。
第一光电二极管具有适光的滤波器，这意味着，光电二极管适配于人眼的光谱灵敏度。这样的光电二极管也称为环境光二极管(AmbientLight Diode)。这种光电二极管在大约550nm的波长处具有其最大的灵敏度并且在大约400nm和700nm之间进行测量。第一光电二极管的灵敏度可通过介电层的数量和类型来设定。
第二光电二极管具有红外滤波器。光电二极管在大约860nm的波长中具有其最大的灵敏度并且在大约800nm和大约900nm之间进行测量。红外传感器的灵敏度通过介电层的数量和类型来设定或者通过日光阻断滤波器的使用来设定。
在一个优选的实施形式中，第一和第二光电二极管、计算单元和评估单元通过唯一的集成电路来实现。这具有如下优点：传感器可在最小的空间上实现。
在一个优选的实施形式中，计算单元具有第一子单元，所述第一子单元构成为用于导出频率结果，使得所述频率结果说明关于存在或者不存在第一输出信号的在预设的频率范围中的分量的信息。
在一个优选的实施形式中，第一子单元具有第一判定单元，所述第一判定单元具有预定义的电滤波器。所述电滤波器构成为用于使通过低通滤波器的第一输出信号的直流分量与通过带通滤波器的第一输出信号的50Hz和/或60Hz的频率分量和通过高通滤波器的第一输出信号的在kHz范围中的频率分量彼此分开。电滤波器的使用是尤其有利的，因为这是可简单且低成本地实现的。
在一个优选的替选实施方式中，第一子单元具有第一判定单元，所述第一判定单元构成为用于对第一输出信号进行积分。
在一个优选的实施形式中，第一判定单元构成为用于以不同的时间常数进行多次积分。从信号电平与积分时间的相关性能够确定信号是以何种频率被调制的。积分能够同时或者连续地相继进行。
在一个优选的实施形式中，第一判定单元构成为用于以第一时间常数执行第一次积分，使得频率数值具有关于第一输出信号是否具有0Hz的光谱分量的信息。
在一个优选的实施形式中，第一判定单元构成为用于以第二时间常数执行第二次积分，使得频率数值具有关于第一输出信号是否具有50Hz或60Hz的光谱分量的信息。
在一个优选的实施形式中，第一判定单元构成为用于以第三时间常数执行第三次积分，使得频率数值具有关于第一输出信号是否具有在kHz范围中，特别是大约300kHz的光谱分量的信息。
在一个优选的实施形式中，第一子单元具有第一比较单元。第一比较单元构成为用于将频率数值与至少一个阈值进行比较并且从中导出频率结果。
在一个优选的实施形式中，计算单元具有第二子单元，所述第二子单元具有第二判定单元，所述第二判定单元构成为用于从第一输出信号的直流分量和第二输出信号的直流分量中导出比例的数值。
在一个优选的实施形式中，第二子单元具有第二比较单元，所述第二比较单元构成为用于将比例的数值与至少一个阈值比较并且从中导出比例的结果。
在一个优选的实施形式中，评估单元构成为用于为频率结果的每个可能的值和比例的结果的每个可能的值从存储单元中读取最终值。所述最终值说明主导光源的类型，所述类型从频率结果和比例的结果的值中导出。
在一个优选的实施形式中，评估单元具有二维的决策矩阵，所述决策矩阵包含频率结果和比例的结果与不同的光源的类型的关联关系。
本发明提出一种用于在入射到单元上的由多个光源产生的电磁辐射中确定主导光源的类型的测量方法。探测在可见光的频率范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号。探测红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号。其后从第一和第二输出信号中确定比例的结果和频率结果，说明关于存在或不存在包含在电磁辐射中的在预设的频率范围中的信号分量的信息。其后从比例的结果和频率结果中导出主导光源的类型。
附图说明
下面借助于附图详细阐述根据本发明的解决方案的不同的实施例。
图1示出不同的光源的光谱；
图2示出白光的LED的光谱和人眼的光谱灵敏度的比较；
图3示出不同的光源的频率；
图4示出根据本发明的单元；
图5示出第一矩阵；
图6示出从第一矩阵导出的第二矩阵。
相同的、同类的或者起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中所示出的元件的尺寸比例彼此间不能够视为是按比例的。相反，为了更好的示出和更好的理解，能够夸张大地示出个别元件。
具体实施方式
图1示出不同的光源的光谱。荧光灯100的光谱示出在可见光的光谱范围中的，也就是说在390nm和780nm的波长之间的高强度。在红外光谱范围中，也就是说对于大于780nm的波长而言，荧光灯100的光谱具有几乎消失的强度。太阳光101的光谱显示在可见光的光谱范围中的高强度和在红外光谱范围中的较低的强度。热辐射器102的光谱在2856开尔文的温度下持续地升至大约1000nm的波长。白炽灯103的光谱基本上平行于热辐射器102的光谱延伸。
图2示出发射暖白光的LED 200的光谱与人眼的光谱灵敏度的曲线201的比较。发射暖白光的LED 200的光谱的主峰值位于大约590nm的波长中；次峰值在蓝色的光谱范围中位于460nm的波长中。
图3示出不同光源的频率。手电筒300的光、通过直流电驱动的LED301的光以及光学平台304的光未经调制，即频率是0Hz。荧光灯302的光、白炽灯303的光以及节能灯305的光分别以50Hz的频率来调制。
图4示出用于在入射到单元1上的由多个不同类型的光源产生的电磁辐射2中确定主导光源的类型的单元1。所述单元具有第一光电二极管10，所述第一光电二极管构成为用于探测在可见光的光谱范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号11。
此外，单元1具有第二光电二极管20，所述第二光电二极管构造为用于探测在红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号21。所述单元具有计算单元30，所述计算单元构成为用于从第一输出信号11和第二输出信号21中导出比例的结果23和频率结果13。频率结果13提供关于存在或者不存在包含在电磁辐射中的在预设的频率范围中的信号分量的信息。单元1具有评估单元40，所述评估单元构成为用于从比例的结果23和频率结果13中导出主导光源的类型。
第一光电二极管10和第二光电二极管20、计算单元30以及评估单元40通过唯一的集成电路来实现。计算单元30具有第一子单元31，所述第一子单元构成为用于导出频率结果13，使得所述频率结果说明关于存在或者不存在第一输出信号11的在预设的光谱范围中的分量的信息。第一子单元31具有第一判定单元31a，所述第一判定单元具有预定义的电滤波器。电滤波器构成为用于使通过低通滤波器的第一输出信号11的直流分量、通过带通滤波器的第一输出信号11的50Hz或60Hz的频率分量和通过高通滤波器的第一输出信号11的在kHz范围中的频率分量可彼此分开。替选地，第一子单元31具有第一判定单元31a，所述第一判定单元构成为用于对第一输出信号11进行积分。第一判定单元31a构成为用于以不同的时间常数进行多次积分。以第一时间常数执行第一次积分，使得频率数值12具有关于第一输出信号11是否具有0Hz的光谱分量的信息。以第二时间常数执行第二次积分，使得频率数值12具有关于第一输出信号11是否具有在50Hz或60Hz的光谱分量的信息。以第三时间常数执行第三次积分，使得频率数值12具有关于第一输出信号11是否具有在kHz范围中特别是大约300kHz的光谱分量的信息。
第一子单元31具有第一比较单元31b，所述第一比较单元构成为用于将频率数值12与至少一个阈值比较并且从中导出频率结果13。
计算单元30具有第二子单元32，所述第二子单元具有第二判定单元32a。判定单元32a构成为用于从第一输出信号11的直流分量和第二输出信号21的直流分量中导出比例的数值22。
第二子单元32具有第二比较单元32b，所述第二比较单元构成为用于将比例的数值22与至少一个阈值比较并且从中导出比例的结果23。
评估单元40构成为用于为频率结果13的每个可能的值和比例的结果23的每个可能的值从存储单元50中读取最终值60。最终值60说明主导光源的类型，所述类型从频率结果13和比例的结果23的值中得出。
评估单元40具有决策矩阵41，所述决策矩阵包含频率结果13和比例的结果23与不同的光源的类型的关联关系。
图5为不同的光源示出：第一输出信号11的在可见光的光谱范围中的直流分量的值；第二输出信号21的在红外光谱范围中的直流分量的值；第二输出信号21的直流分量与第一输出信号11的直流分量的比的值，在本文中即比例的结果的值；以及频率结果的值。
图6示出二维的决策矩阵41，所述决策矩阵包含频率结果13和比例的结果23与不同的光源的类型的关联关系。比例的结果23由第二输出信号21的直流分量除以第一输出信号11的直流分量来形成。比例的结果23能够是非常小的、小的和大的。频率结果13能够位于kHz的范围中、在50Hz或60Hz或者在0Hz。太阳光具有小的比例的结果23和0Hz的频率结果13。白炽灯具有大的比例的结果23和50Hz或60Hz的频率结果13。手电筒具有大的比例的结果23和0Hz的频率结果13。荧光灯具有非常小的比例的结果23和50Hz或60Hz的频率结果13。脉冲驱动的白光的LED具有非常小的比例的结果23和在kHz范围中、特别是大约300kHz的频率结果13。用直流电驱动的白光的LED具有非常低的比例的结果23和0Hz的频率结果。
根据一些实施例，所述单元被描述为用于例解说明基本思想。在此，实施例不局限于特定的特征组合。即使一些特征和设计方案仅与一个特殊的实施例或者个别实施例结合在一起来说明，但是它们能够分别与其它实施例中的其它特征组合。同样可设想的是，在实施例中，只要不脱离一般的技术理论，就可删除或者添加各个所描述的特征或者特殊的设计方案。
即使以特定的顺序描述传感器的测量方法的步骤，但因此显而易见的是，每个在本公开文献中所描述的方法能够以任何不同的有意义的顺序实施，其中也能够删去或者添加方法步骤，只要不偏离所说明的技术理论的基本思想。
附图标记列表
1 单元/传感器
2 入射的电磁辐射
10 第一光电二极管
11 第一输出信号
12 频率数值
13 频率结果
20 第二光电二极管
21 第二输出信号
22 比例的数值
23 比例的结果
30 计算单元
31 第一子单元
31a 第一判定单元
31b 第一比较单元
32 第二子单元
32a 第二判定单元
32b 第二比较单元
40 评估单元
41 决策矩阵
50 存储单元
60 最终值
100 荧光灯的光谱
101 太阳光的光谱
102 热辐射器在2856K的光谱
103 白炽灯的光谱
200 白光的LED的光谱
201 人眼的光谱灵敏度
300 手电筒的频率
301 OSTAR-LED的频率
302 荧光灯管的频率
303 白炽灯的频率
304 光学平台(在恒流下的钨灯)的频率
305 节能灯的频率
Claims (11)
1.一种单元(1)，所述单元用于在入射到所述单元(1)上的由多个不同类型的光源产生的电磁辐射(2)中确定主导光源的类型，所述单元具有：
-至少一个第一光电二极管(10)，所述第一光电二极管构成为用于探测在可见光的光谱范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号(11)，其中所述第一光电二极管构成为环境光二极管，以至于所述第一光电二极管适配于人眼的光谱灵敏度；
-至少一个第二光电二极管(20)，所述第二光电二极管构成为用于探测在红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号(21)；
-至少一个计算单元(30)，所述计算单元构成为用于从所述第一输出信号(11)和所述第二输出信号(21)中导出比例的结果(23)和频率结果(13)，其中所述频率结果(13)说明关于存在或者不存在包含在所述电磁辐射中的在预设的频率范围中的信号分量的信息；以及
-至少一个评估单元(40)，所述评估单元构成为用于从所述比例的结果(23)和所述频率结果(13)中导出所述主导光源的所述类型，
其中所述计算单元(30)具有第一子单元(31)，所述第一子单元构成为用于导出所述频率结果(13)，使得所述频率结果通过下述方式说明关于存在或者不存在所述第一输出信号(11)的在预设的频率范围中的分量的信息：所述第一子单元(31)具有第一判定单元(31a)并且所述第一判定单元(31a)具有附加特征i或附加特征ii，即：
i.所述第一判定单元(31a)构成为用于通过下述方式对所述第一输出信号(11)进行积分：所述第一判定单元(31a)构成为，以不同的时间常数进行多次积分，或者
ii.所述第一判定单元(31a)具有预定义的电滤波器，以便使通过低通滤波器的所述第一输出信号(11)的直流分量、通过带通滤波器的所述第一输出信号(11)的50Hz或60Hz的频率分量和通过高通滤波器的所述第一输出信号(11)的在kHz范围中的频率分量能彼此分开。
2.根据权利要求1所述的单元，其中所述第一光电二极管(10)在大约550nm的波长处具有最大的灵敏度并且测量具有在400nm和700nm之间的波长的辐射分量。
3.根据权利要求1所述的单元，其中所述单元具有所述附加特征ii。
4.根据权利要求1所述的单元，其中所述第一光电二极管(10)和所述第二光电二极管(20)、所述计算单元(30)以及所述评估单元(40)通过唯一的集成电路来实现。
5.根据权利要求1所述的单元，其中所述单元具有所述附加特征i。
6.根据权利要求5所述的单元，其中所述第一判定单元(31a)构成为用于以第一时间常数执行第一次积分，使得频率数值(12)具有关于所述第一输出信号(11)是否具有0Hz的光谱分量的信息。
7.根据权利要求6所述的单元，其中所述第一判定单元(31a)构成为用于以第二时间常数执行第二次积分，使得所述频率数值(12)具有关于所述第一输出信号(11)是否具有50Hz或60Hz的光谱分量的信息。
8.根据权利要求5至7之一所述的单元，所述第一判定单元(31a)构成为用于以第三时间常数执行第三次积分，使得所述频率数值(12)具有关于所述第一输出信号(11)是否具有在kHz范围中的光谱分量的信息。
9.根据权利要求5至7之一所述的单元，其中所述第一判定单元(31a)构成为用于以第三时间常数执行第三次积分，使得所述频率数值(12)具有关于所述第一输出信号(11)是否具有大约300kHz的光谱分量的信息。
10.一种单元(1)，所述单元用于在入射到所述单元(1)上的由多个不同类型的光源产生的电磁辐射(2)中确定主导光源的类型，所述单元具有：
-至少一个第一光电二极管(10)，所述第一光电二极管构成为用于探测在可见光的光谱范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号(11)；
-至少一个第二光电二极管(20)，所述第二光电二极管构成为用于探测在红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号(21)；
-至少一个计算单元(30)，所述计算单元构成为用于从所述第一输出信号(11)和所述第二输出信号(21)中导出比例的结果(23)和频率结果(13)，其中所述频率结果(13)说明关于存在或者不存在包含在所述电磁辐射中的在预设的频率范围中的信号分量的信息；以及
-至少一个评估单元(40)，所述评估单元构成为用于从所述比例的结果(23)和所述频率结果(13)中导出所述主导光源的所述类型，
其中所述计算单元(30)具有第一子单元(31)，所述第一子单元构成为用于导出所述频率结果(13)，使得所述频率结果通过下述方式说明关于存在或者不存在所述第一输出信号(11)的在预设的频率范围中的分量的信息：所述第一子单元(31)具有第一判定单元(31a)并且所述第一判定单元(31a)具有附加特征i或附加特征ii，即：
i.所述第一判定单元(31a)构成为用于通过下述方式对所述第一输出信号(11)进行积分：所述第一判定单元(31a)构成为，以不同的时间常数进行多次积分，或者
ii.所述第一判定单元(31a)具有预定义的电滤波器，以便使通过低通滤波器的所述第一输出信号(11)的直流分量、通过带通滤波器的所述第一输出信号(11)的50Hz或60Hz的频率分量和通过高通滤波器的所述第一输出信号(11)的在kHz范围中的频率分量能彼此分开；
并且其中所述单元(1)附加地具有下述特征(a)至(b)中的一项，即：
a.所述第一子单元(31)具有第一比较单元(31b)，所述第一比较单元构成为用于将频率数值(12)与至少一个阈值比较并且从中导出所述频率结果(13)；
所述计算单元(30)具有第二子单元(32)，所述第二子单元具有：
-第二判定单元(32a)，所述第二判定单元构成为用于从所述第一输出信号(11)的直流分量和所述第二输出信号(21)的直流分量中导出所述比例的数值(22)；
-第二比较单元(32b)，所述第二比较单元构成为用于将所述比例的数值(22)与至少一个阈值比较并且从中导出所述比例的结果(23)；和
b.所述评估单元(40)
-要么构成为用于为所述频率结果(13)的每个可能的值和所述比例的结果(23)的每个可能的值从存储单元(50)中读取最终值(60)，所述最终值说明所述主导光源的类型；
–要么具有二维的决策矩阵(41)，所述决策矩阵包含频率结果(13)和比例的结果(23)与不同的光源的类型的关联关系。
11.一种用于在入射到单元(1)上的由多个光源产生的电磁辐射(2)中确定主导光源的类型的测量方法，所述测量方法具有下述步骤：
-探测在可见光的光谱范围中的电磁辐射并且产生第一输出信号(11)；
-探测在红外光谱范围中的电磁辐射并且产生第二输出信号(21)；
-从所述第一输出信号(11)和所述第二输出信号(21)中导出比例的结果(23)和频率结果(13)，所述频率结果说明关于存在或者不存在包含在所述电磁辐射(2)中的在预设的频率范围中的信号分量的信息；和
-从所述比例的结果(23)和所述频率结果(13)中导出所述主导光源的所述类型，
其中确定所述主导光源的类型通过根据权利要求1或权利要求10所述的单元(1)来进行。
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